SU817592A1

SU817592A1 - Thermoanemometric device for measuring gas flow rate

Info

Publication number: SU817592A1
Application number: SU792755713A
Authority: SU
Inventors: Евгений Александрович Карцев
Original assignee: Московский Институт Электронногомашиностроения
Priority date: 1979-04-12
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1981-03-30

Description

54) ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ54) THERMO-ANEMOMETRIC DEVICE FOR

ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И РАСХОДА ГАЗОВОГО ПОТОКА церами и профилированным соплом, уст новленным перед термочувствительным элементом. На фиг. 1 изображена схема.устройства; на фиг. 2 - сечение по А-А; на фиг. 3 - электрическа схема устройства . Устройство содержит основание 1, на которс жестко укреплены четыре массивныестойки 2-5 - по две с каждой стороны от вертикальной оси симметрии основани . На плоскост х более коротких стоек 2 и 4 жестко укреплены планки б и 7. Концы термочувствительного элемента 8, выполнен ного в виде металлической струны круглого или пр моугольного сечени закреплены на плоскост х планки б и стойки 3посредством накладок 9 и 10. Концы термокомпенсационного элемента 11,также выполненного в виде тонкой метгшлич ской струны иэ того же материгша, что и термочувствительный элемент« закреплены на плоскост х планки 7 и стойки 5 посредством накладок 12 и 13. Перед окончательным закреплением концов термочувствительного элемента и компенсационной струны в них соэдаетс начальное напр жение раст жени , величина которого определ етс расчетным путем. Терйочувствитель кый элемент в воздушный зазор магнитной системы 14, жестко закрепленной на основании 1. Компен сационна -струна расположена в воздушнсм зазоре магнитной системы 15, . также жестко закрепленном на основании . Конструкци магнитных систем 14 и 15 полностью идентична. Основание 1 установлено внутри цилиндричес кого корпуса 16, с укрепленным на торцовой стенке входным .штуцером 17 Торцова кснлшса fd содержит выходной штуцер 19. С целью предотвращени утечки иэ корпуса прибора предусмотрена уплотнительна проклёодка 20. Направл ющее сопло 21 жестко укреплено на перегсчродке 22, котора закреплена неподвижно внутри цилинщ ического корпуса. К торцовой части перегородки жестко крепитс основание 1. Уплотмительна прокладк 23 предотвргоцает утечку проход щего газа в обход сопла. ; Дл регшизации магнитоэлектрического способа возбуждени автоколебаний один из концов термочувствительного элемента и компенсационной струны должны быть изолированы от юсновани 1 и корпуса 16; Концы термочувствительного элемента подсоедин ютс к входу электронного усилител 24 с положительной обратной св зью. Мостова схема одним из плеч которого вл етс термочувствительный элемент 8, вл етс частью входного каскада электронного усилител . Дл разогре-i ва термочувствительного элемента.8 параллельно входу электронного усилител включена электрическа цепь, состо ща из последовательно соединенных измерительного прибора 25, дроссел Др, регулировочного переменного резистора Rp и стабилизирова:нного по напр жению источника питани и. Термочувствительный элемент 8 вместе с усилителем 24 с положительной обратной св зью образует струнный автогенератор с магнитоэлектрическим способом возбуждени поперечных колебаний. Концы струны, обеспечивающей температурную компенсацию, подсоедин ютс к входу электронного усилител 26 с положительной обратной св зью . Электрические сигналы с выходов усилителей 24 и 26 подаютс , на смеситель 27, на выходе которого выдел етс разностна частота, функционально св занна с измер емым расходом газа. Значение разностной частоты может быть измерено электроннот счетным цифровым частотомером 28. Электрические сигналы с выходов усилителей 24 и 26 могут подаватьс на входал цифрового электронносчетного частотомера 28, работающего в режиме измерени отношени частот. В обоих случа х показани частотомера 28 будут функционально св заны с измер емым расходом газа и практически не зависеть от изменени температуры контролируемого газа. Устройство работает следующим образом. Термочувствительный элемент 8, вл сь частотозадак цим элементом струнного автогенератора и помещенный в непосредственной.близости от торца направл ющего сопла 21, обдуваетс гаэовЕлч потоком. Поскольку по термочувствительному элементу 8 течет посто нный ток.разогрева, то с ростом расхода, а следовательно и скорости потока, температура термочувствительного элемента уменьшаетс . Изменение температур т приводит к увеличению упругой деформации термочувствительного элемента, а, следовательно, к увеличению силы его продольного нат жени и частоты поперечных автоколебаний. Компенсационна струна 11 вл етс частотозадак цим элементом второго автогенератора. По компенсационной струне ток подогрева не пропускаетс , а обтекающий ее поток газа имеет значительно меньшую скорость. Температурный коэффициент линейного расширени материала базы закреплени термочувствительного эп&лента и базы закреплени компенсационной струны одинаковы, так как они установлены на едином основании 1. Термочувствительный элемент 8MEASUREMENTS OF GAS FLOW RATE AND FLOW RATE with ceres and profiled nozzle installed in front of the temperature-sensitive element. FIG. 1 shows a device diagram; in fig. 2 - section along AA; in fig. 3 - electrical circuit of the device. The device contains base 1, on which four massive pillars 2–5 are rigidly fixed — two on each side of the vertical axis of symmetry of the base. On the planes of shorter racks 2 and 4, bars b and 7 are rigidly fixed. The ends of the thermosensitive element 8, made in the form of a metallic string of circular or rectangular cross section, are fixed on the planes of the bar b and stand 3 by means of plates 9 and 10. The ends of the thermal compensation element 11 , also made in the form of a thin metricshlich string, of the same material as the thermosensitive element are fixed on the planes of the bar 7 and of the pillars 5 by means of overlays 12 and 13. Before the final fixing of the ends, the thermosensitive The element and the compensation string in them constitute the initial tensile stress, the value of which is determined by calculation. The transient element in the air gap of the magnetic system 14, rigidly fixed on the base 1. The compensation-string is located in the air gap of the magnetic system 15,. also rigidly fixed on the base. The design of the magnetic systems 14 and 15 is completely identical. The base 1 is installed inside the cylindrical housing 16, with the inlet fitting 17 fastened to the end wall. motionless inside the cylinder housing. The base 1 is rigidly attached to the end part of the partition. The sealing gasket 23 prevents leakage of the passing gas bypassing the nozzle. ; In order to regain a magnetoelectric method of exciting self-oscillations, one of the ends of the temperature-sensitive element and the compensation string must be isolated from the base 1 and the housing 16; The ends of the sensing element are connected to the input of the electronic amplifier 24 with positive feedback. The bridge circuit, one of the arms of which is a temperature-sensitive element 8, is part of the input stage of the electronic amplifier. To warm up the temperature-sensitive element. 8, an electrical circuit is connected in parallel with the input of the electronic amplifier; The thermosensitive element 8 together with the amplifier 24 with positive feedback forms a string self-oscillator with a magnetoelectric method of exciting transverse oscillations. The ends of the temperature compensated string are connected to the input of the electronic amplifier 26 with positive feedback. Electrical signals from the outputs of amplifiers 24 and 26 are supplied to a mixer 27, at the output of which a difference frequency is allocated, functionally connected to the measured gas flow rate. The value of the difference frequency can be measured by an electron with a counting digital frequency meter 28. Electrical signals from the outputs of amplifiers 24 and 26 can be fed to the input of a digital electron counting frequency meter 28 operating in the frequency ratio measurement mode. In both cases, the readings of the frequency meter 28 will be functionally related to the measured gas flow rate and practically independent of the change in temperature of the test gas. The device works as follows. The thermosensitive element 8, which is frequency-impacted by the element of the string oscillator and placed in close proximity to the end face of the guide nozzle 21, is blown off by a gas flow. Since the constant current of heating flows through the thermosensitive element 8, the temperature of the thermosensitive element decreases with increasing flow rate and, consequently, the flow rate. The change in temperature t leads to an increase in the elastic deformation of the thermosensitive element, and, consequently, to an increase in the force of its longitudinal tension and frequency of transverse self-oscillations. The compensation string 11 is a frequency-wound element of the second oscillator. On the compensation string, the heating current is not passed, and the gas stream flowing around it has a much lower speed. The temperature coefficient of linear expansion of the material of the anchorage base of the temperature-sensitive EP & tape and the anchorage bases of the compensation string is the same, as they are installed on a single base 1. Temperature-sensitive element 8

и компенсационна струна 11 изготовлены из одного и того же материала и их коэффициенты линейного расширени так же равны.and the compensating string 11 is made of the same material and their linear expansion coefficients are also equal.

Разность частот струнных автогенераторов будет функционально..св - . зана с измен емым объемным расходом.The frequency difference of string autogenerators will be functional .. sv -. variable volume flow rate.

Изменение температуры газа, обтекающего термочувствительный элемент , приведет к изменению частоты автогенератора, обусловленному раз- . ностью коэффициентов линейного расшйрени материалов термочувствительного элемента и основани , а так же их различной тепловой инерционностью .A change in the temperature of the gas flowing around the temperature-sensitive element will lead to a change in the frequency of the oscillator, due to the difference. the linearity of the coefficients of the materials of the temperature-sensitive element and the base, as well as their different thermal inertia.

Аналогичным образом изменение 15 температуры газа вызовет также по величине изменение частоты второго автогенератора, где частотозадающим элементом вл етс компенсационна струна.20Similarly, a change in gas temperature 15 will also cause a change in frequency of the second oscillator, where the frequency-generating element is a compensation string.

Если автогенераторы настроить таким образом, чтобы при отсутствии потока газа () их частоты были равны или отличались незначительно то в этом случае разность частот .. jc автогенераторов будет функционально св зана с измер емым расходом газа, . а погрешность, обусловленна изменением температуры газа, уменьшитс на пор док по сравнению с устройством , содержащим только один термочувствительный элемент и соответственно один автогенератор.If the oscillators are set up so that in the absence of a gas flow () their frequencies are equal or slightly different, then in this case the frequency difference .. jc of the autogenerators will be functionally related to the measured gas flow,. and the error due to the change in gas temperature will be reduced by an order of magnitude compared with a device containing only one temperature-sensitive element and, accordingly, one auto-generator.

При стабильной температуре контролируемого потока компенсационна струна и второй генератор могут от- 35 сутствовать.With a stable temperature of controlled flow, the compensation string and the second generator may be absent.

В этом случае устройство содержит термочувствительный элемент 8, магнитную систему 14, мостовую схему, соединенную с входом электронного 0 усилител 24..In this case, the device contains a temperature-sensitive element 8, a magnetic system 14, a bridge circuit connected to the input of an electronic 0 amplifier 24.

Работа устройства осуществл етс аналогично предлагаемому выше.The operation of the device is similar to that proposed above.

Устройство имеет преимущества в том, что существенно повышаетс 45 чувствительность устройства, поскольку разрешающа способность совремеиного частотомер а- на несколько пор дков выше чувствительности пассивной модтовой схемы. Кроме того., отпадает 50 необходимость использовать измерительную схему, в виде неравновеё1ного Моста посто нного тока, обладает невысокой точностью-11 линейностью помехоустойчивостьрред- jj лагаемого устройства с частотио- . модулированным выходным сигналом значительно выше, чем помехоУстЫ чивость аналогового сигнала низкого уровн , каким вл етс сигнгш разбаланса мостовой схемы посто нного 0 тока. Это преимущество вл етс одним из важнейших при реализации дистанционных автоматических систем контрол и управлени скоростью и расходом в услови х современного про- 65The device has the advantage that the sensitivity of the device is greatly improved, since the resolution of the modern frequency counter a is several orders of magnitude higher than the sensitivity of the passive mode circuit. In addition, 50 there is no need to use a measuring circuit, in the form of an unequal DC bridge, it has a low accuracy-11 linearity and noise immunity of the lagging device jj with frequency. the modulated output signal is significantly higher than the low-level analog signal interference, which is the signal unbalance of the dc 0 bridge circuit. This advantage is one of the most important in the implementation of remote automatic systems for controlling and controlling the speed and flow rate under the conditions of a modern pro-

гФ1Шленного предпри ти , где обычно высок уровень индустриальных помех.GF1Shaled enterprise where the level of industrial interference is usually high.

Благодар высокой добротности ;струнных автогенераторов, высокой разрешающей способности современных средств измерени частоты и высокой помехоустойчивости частотно-модулированного электрического сигнала существенно повышаетс точность измере;ни скорос- и и расхода газов.Due to the high quality factor, string autogenerators, high resolution of modern frequency measurement tools and high noise immunity of the frequency-modulated electric signal, measurement accuracy is significantly improved, and neither gas velocity nor gas flow rate.

Св зь устройства дл измерени скорости и расхода газов с ЭВМ, упрал ющей техпроцессом осуществл етс через преобразователь типа частотакод , который осуществл ет преобразование частоты в код практически без потери точности, чего нельз сказать о преобразовател х типа напр жение-код .The device for measuring the velocity and gas flow rate of a computer with a control technology is connected through a frequency-type converter that performs frequency conversion into a code with almost no loss of accuracy, which cannot be said about voltage-to-type converters.

С целью повышени чувствительности и точности измерени скорости и расхода газообразных сред устройство снабжено дополнительным : направл ющим существенно повышающим :скорость перемвЕвени газа в месте расположени термочувствительного элемента.In order to increase the sensitivity and accuracy of measuring the velocity and flow rate of gaseous media, the device is equipped with an additional: guiding substantially increasing: speed of mixing gas at the location of the temperature-sensitive element.

При измерени х малых расходов за счет сужени ;ю1ходной щели направл кщего сопла и высокой чувствительности струнного метода измерени удаетс получить высокую чувствительность функции преобразовани и соответственно малую погрешность измерени . При расходах 30-50 известное устройство практически не может Gaib использовано вследствие низкой чувствительности, в то врем , как предлагаемое устройство при указанных расходах обладает Приемлемой чувотвитепьиостью и малой погрешностью измерени .When measuring low flow rates due to the constriction of the entrance slit of the guiding nozzle and the high sensitivity of the string measurement method, it is possible to obtain a high sensitivity of the conversion function and, accordingly, a small measurement error. With charges of 30-50, the known device is practically unable to use Gaib due to low sensitivity, while the proposed device with these costs has Acceptable sensibility and low measurement error.

Фсфмула изобретени Formula of invention

1. Термоаиемометрическое устройство дл измерени скорости и расхода газового пЬтока, содержащее корпус, в котором размещено основание со стойками , на которых закреплены термочувствительный .и термокс лпенрационный элементы, измерительную схему и схему подогрева теЕФЮчувствительного , включсшщую стабилизированный источник питани , отличающеес тем, что, с целью повышени чувствительности, точности измерени и помехоустойчивости, термочувствительный и термокомпенсащ онный элементы выполнены в виде струн, помещенных в воздушные зазоры магнитных систем возбуждени и подключены к входам усилителей с положительной обратной св зью, выходы которых через смеситель подключены к регистрирующему прибору, при этом в схему подогрева, включенную параллельно входу электронного усилител , введены соединенные последовательно ,со стабилизированным источником питани дроссель, переменный резистор и указательный прибор. 2. Термоанемометрическое устрой . xcb mv ancMUMeipMHtiUKue устройство по п,1, отличающеес тем, что его корпус снабжен штуцерам и профилированным соплом, установленным перед термочувствительным элементом. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Туричин A.M. Электрические иэмерени неэлектрических ве измерени неэлектрических величин. Л., Энерги ; 1975, с. 354. 2. Патент США № 3114261, кл. 73-228, 1963 (прототип).1. A thermoway measurement device for measuring the velocity and flow of a gas flow comprising a case in which a base is placed with racks on which a temperature-sensitive and thermo-sensing elements are attached, a measuring circuit and a heating circuit with a temperature-sensitive power source, characterized in that In order to increase sensitivity, measurement accuracy and noise immunity, temperature-sensitive and temperature-compensating elements are made in the form of strings placed in air gaps. The magnetic excitation system cavities are connected to the positive feedback amplifiers, the outputs of which are connected to a recording device through a mixer, and a choke, a variable resistor and the reference power supply are connected in series to the heating circuit connected in parallel with the electronic amplifier input. device 2. Thermoanemometric device. Xcb mv ancMUMeipMHtiUKue device according to claim, 1, characterized in that its body is provided with fittings and a profiled nozzle mounted in front of the temperature-sensitive element. Sources of information taken into account in the examination 1. Turichin A.M. Electrical and non-electric measurements for measuring non-electric quantities. L., Energie; 1975, p. 354. 2. US patent No. 3114261, cl. 73-228, 1963 (prototype).

SS

iOiO

..

Claims

Claim

1. Thermoanemometric device for measuring the velocity and flow rate of a gas stream, comprising a housing in which there is a base with racks on which thermosensitive and thermocompensating elements are fixed, a measuring circuit and a heating circuit of a thermosensitive element, including a stabilized power source, characterized in that, In order to increase the sensitivity, measurement accuracy and noise immunity, the thermosensitive and thermocompensation elements are made in the form of strings placed in air The gaps of the magnetic excitation systems are connected to the inputs of amplifiers with positive feedback, the outputs of which through the mixer are connected to a recording device, and a choke, a variable resistor, and a pointer are introduced in series with a stabilized power supply device.

2. Thermoanemometric device according to claim 1, characterized in that its body is equipped with fittings and a profiled nozzle installed in front of the thermosensitive element.